铁路隧道施工组织设计(毕业设计)

绪论
随着我国铁路建设事业的蓬勃发展，铁路隧道已经越来越得到国家的重视。

在贯穿我国山区的新建铁路线上，修建了大量的隧道，使我国铁路隧道的座数和总延长量，都跃居为世界各国的前列，同时还积累了丰富的经验，拥有了较先进的技术，也为铁路隧道的设计提供了大量的资料和数据。

近年来计算机技术的发展，对隧道的发展注入了活力，越来越多的新型技术被用于隧道工程的实践中，如：隧道的管线位移应力应变分析可以考虑采取数值模拟，把隧道与管线当作一个系统考虑——将隧道施工与管线的变形作为一个整体计算。

这样就可以通过采用不同的单元模拟不同土体、管－土接触关系、管线类型以及考虑不同的隧道施工方法等，从而实现对“隧道－管线”的整体分析。

以及许多隧道的维护、整治和科研中计算机都成来一件有力的武器，隧道事业的脚步是越来越快，超长隧道、电气化隧道被人类更多的关注。

隧道工程的理论方面，分析结构内力的方法，已经从结构力学的计算转到以矩阵分析的方式用计算机计算，并进一步用有限元方法进行分析；从不地层压力视为外力荷载，到把围岩和支护结构组成受力统一体系的共同作用理论；从过去认为地层为松散介质，进行考虑岩体的弹性、塑性和黏性，以及各种性质的转变，拟出各种能进一步体现岩性的模型，进行受力的分析；在隧道的设计计算理论中已经引入了不确定性的概念，现在正向可靠度设计过渡。

本文首先，通过该地区的地质、地形条件确定隧道的位置及控制高程，结合一些实际条件计算绘制边、仰坡的开挖线的有关数据并在地形图上绘制开挖线、做纵断图；然后，根据地质条件和围岩级别选择合适的隧道洞门，查阅相关资料进行稳定性检算，以便确定洞门能否合格；接下来，根据洞门和地下水情况确定合适的隧道衬砌，并依照计算程序进行衬砌强度检算，看是否符合规范要求，如果不合格通过调整必要的资料来重新检算；最后，按照以上设计进行施工组织设计，安排施工进度及主要施工方法，合理调配施工机械设备，还要组织有效的质量保证措施及安全保证措施，这样就完成本设计的主要内容。

通过这次设计不仅培养了我们独立思考问题的能力，也给我们在以后的工作中提供了扎实的理论基础。

第一章隧道位置的选择及纵断面设计
第一节隧道位置的选择
地形是选定隧道位置的重要条件之一。

一般山区铁路不论沿河傍山，在河道曲折、地势陡峭的峡谷地段或跨越分水岭，常常修建隧道。

故仅就地形条件而言，可分为越岭隧道与河谷线隧道。

越岭地段，一般山峦起伏、地形崎岖、地质条件复杂、自然条件变化差异很大，其中分水岭垭口的高低、垭口两面的沟谷地势、山梁的薄厚、山坡的陡缓以及山前主支沟台地的分布情况等，与隧道平面位置及立面位置的选择关系密切。

本隧道所在位置地势比较陡峭，由中密的、饱和石质灰岩为主、砂粘土充填的碎石土和钙质胶结、细晶结构质、节理发育的灰岩夹页岩及泥灰岩组成，结构比较单一适合做隧道。

第二节隧道纵断面设计
隧道宜设在直线上，应尽量采用较大的曲线半径，并尽量避免设在反向曲线上。

为了保证隧道内列车能安全平顺地行使，机车能够牵引足够的列车重量，同时考虑将隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素，必须对隧道内线路的纵断面进行合理地设计。

隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路坡道形式、坡度大小、坡段
长度和坡段间的衔接等。

一、坡道形式
隧道处于地层之内，除了地质有变化以外，线路的坡形本来不受什么限制，用不着采用复杂多变的形式。

一般可采用简单的单坡形或不复杂的人字坡形，如图1-1
所示。

（a）单坡形（b）人字坡形
图1-1 坡道形式
由于本隧道所在位置地形比较陡峭，为了减少开挖量，必须要争取高程，所以选
择了单坡形隧道。

二、坡度大小
对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好的行车条件，线路的坡度以平坡为最好。

但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。

但坡度不能太大，若坡度超过了线路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必须减轻
列车的牵引重量。

所以设计坡度时，注意应不超过限制坡度限i 。

如果在平面上有曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。

即曲限允i i i -=
式中 允i ─设计中允许采用的最大坡度； 限i ─按照线路等级规定的限制最大坡度； 曲i ─曲线阻力折算的坡度折减量；
当机车进入隧道时，空气阻力就已增加，粘着系数也已开始减小，机车的牵引能力相应降低，因此不但隧道内的线路应按上述方式予以折减，洞口外一段距离内，也要考虑相应的折减。

在上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内，按洞内一样予以折减。

至于列车出洞，机车已达明线，这就不存在折减问题了。

另一方面，考虑隧道排水的需要，除了最大坡度的限制以外，还要限制最小坡度。

因为隧道内的水全靠排水沟向外流出。

《铁路隧道设计规范》规定，隧道内线路不得设置为平坡，最小的允许坡度不小于3‰，在最冷月平均气温低于－5℃的地区和地下水发育的隧道宜适当加大坡度。

三、 坡段长度
隧道内的线路坡段也不宜太短，因为坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行驶就不平稳。

另外，如果隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护增加困难。

所以，从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度，考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度。

本隧道采用单坡行隧道，因为隧道内线路的坡形单一，坡度已用到了最大限度，所以不宜把坡段定得太长，此外，顺坡设排水沟时，如果坡段太长，水沟就难于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。

有时为此需要设置许多抽水、排水设施，分级分段排水。

这就给今后的运营和维修增加了工作量。

所以，隧道内线路的坡段不宜太长。

第二章 洞门的选择及稳定性检算
第一节 洞口位置的选择
一、 选择洞口位置的原则
确定隧道洞口位置时，应当结合地形特征、地质和水文地质条件、施工技术、运营条件以及附近相关工程，全面考虑，详细比较决定。

多年实践的体会，总结出一个指导思想，即“早进晚出”。

在一般情况下，这一指导思想是符合实际的。

选定隧道洞口位置时，首先要按照地质条件控制边坡和仰坡的高度和坡面长度，其次是避开不良地质区域和排水影响，最后才谈得到从经济方面进行比较。

根据陈家院子隧道位置的具体情况，确定洞口位置如下：
1、地质条件：岩层由二层组成，上层为约2.4米厚的碎石头、中密饱和的石质的灰岩，由沙粘土充填，下层为12.3米的灰岩夹页岩及泥灰岩组成。

钙质胶结、细晶结构质坚硬性脆，节理发育、节理面见方解石脉。

2、围岩等级：由地质条件确定，岩层为较破碎的软岩，所以可确定为Ⅳ级围岩。

二、 用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线
当线路的方向确定后，可采用作图法来确定进洞里程和边、仰坡开挖线。

（一） 进洞里程的确定
在洞口地形平面图上用作图法确定进洞里程：
1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。

选定仰坡的极限开挖高度H 在隧道纵断面地质图上粗略地拟定进洞位置，定出进洞的路基标高路H ，则控制等高线标高为：
H 路=2246-(3.15+7.70+0.8)=2234.35m
H H H +=路控=2234.35+15.65=2250m
为了在洞口地形平面图上查找方便， 可取整数（但要保证开挖高度H 在极限范围内），所以选H=15.65<18m 。

2、在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度B 为距离，作对称于线路中心线的平行线Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ，由标准图得洞门墙宽度 4.511.84m B B m =+=。

3、以仰坡坡脚至开挖高度控制点的水平距离d 为半径，用分规沿Ⅰ－Ⅰ（或Ⅱ－Ⅱ）线移动，找出与控制等高线相切于a 点(即控制点)的圆心o 。

其中d 值可根据洞门构造图及仰坡坡率m 求出，即d ＝(H －h)m =[15.65-(3.15+7.70-0.8)³1]=5.6m ，其中h 为路基面至仰坡坡脚的高度，H 是仰坡的极限开挖高度。

4、过o 点作线路中心线的垂线oo '。

5、以洞口里程至仰坡坡脚的的水平距离b=1.5+0.5+(3.15+7.70-0.35)³
1.5
=0.715m为间距（由洞门图查得），作oo'线的平行线pp',则pp'线为洞口里程位10
置。

图2-1 洞口里程的确定
同理可确定：
出洞：H路=2244-11.65=2232.35m H=17.65m
H控=2232.35+17.65=2250m
d=[17.65-(3.15+7.70-0.8)]=7.6m b=0.715m
隧道长度DK431+065-DK429+610=1455m
在实际设计中，若有几个控制点时，可根据“早进晚出”的原则，综合考虑洞口附近的地形、工程地质及水文地质情况，经详细比较，才能最后确定洞口位置的最佳方案。

(二) 绘制隧道洞口边、仰坡开挖线
为了布置洞顶排水设施和洞口附近其它建筑物，需要定洞口边、仰坡开挖范围，在洞口地形平面图上绘制边、仰坡开挖线（即路堑边坡坡面及洞门仰坡坡面与地面的交线）。

洞门位置确定后，可计算仰坡坡脚标高，
H= H路+（0.8+7.70+3.15-0.8）
仰
=2234.35+10.85=2245.2m，仰坡坡率为m=1, 即可计算各等高线距仰坡坡脚的水平投影距离：
d=(2249-2245.2)³1=3.8m
1
d=(2248-2245.2)³1=2.8m
2
d=(2246-2245.2)³1=0.8m
3
d=(2244-2245.2)³1=1.2m
4
边坡坡脚标高为H边=H路=2234.35m,边坡坡率为n=1,即可计算边坡坡脚的水平投影距离：
c=(2236-2234.35)³1=1.65m
1
c=(2238-2234.35)³1=3.65m
2
c=(2240-2234.35)³1=5.65m
3
c=(2242-2234.35)³1=7.65m
4
c=(2244-2234.35)³1=9.65m
5
绘制边、仰坡开挖线如图2-1：
图2-2边、仰坡开挖线
第二节洞门形式的选择
一、洞门结构的构造
洞门是用以保护洞口、排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。

它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。

对于铁路隧道，隧道的场地就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面标高线交点之间的距离。

此外，洞门是隧道的咽喉，也是隧道的外露部分，在保证安全的同时，还应根据实际情况，选择适合的洞门形式，并应适当进行洞门美化和环境美化。

洞门的作用有以下几方面：
1.减小洞口土石方开挖量
2.稳定边仰坡
3.引离地面流水
4.装饰洞口
根据洞口地形、地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门结构主要有以下两大类型：
1.隧道门—隧道门指修建在不设明洞的隧道洞口的支挡结构物，包括环框时洞门、短墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜洞门和耳墙式洞门等。

2.明洞门—明洞门主要配合明洞结构类型设计，明洞有拱形明洞和棚洞之分，相应明洞门也分拱形明洞门和棚式明洞门两大类。

棚式明洞门并不单独设置，通常在棚洞洞口端横向顶梁上加设端墙，以拦截落石，避免其坠入线路影响行车安全。

二、 洞门形式的选择
根据陈家院子隧道所处地段的地质、地形及水文条件，选择耳墙式隧道门比较合适。

耳墙式洞门即带耳墙的翼墙式洞门，它是工程实践中总结、提高和发展起来的一种洞门类型。

翼墙式洞门洞口开挖范围较窄，可节约土石方，减少圬工量；惟其形式似大涵洞，墙顶虽有水沟，因截水面小作用不大，端墙范围外仰坡坡面汇水只能通过沿翼墙背后的坡面流下，导致坡面长期受水冲刷，易出现沟槽，养护部门不得不将边坡全面铺砌。

为改进其不足，后多将翼墙式洞门端墙两侧各接出一个耳墙至边坡内，呈带耳墙的结构，形成耳墙式洞门。

这种洞门结构形式对于排泄仰、边坡地表汇水，阻挡洞顶风化剥落体，效果良好，并可大大减少对坡面的冲刷，洞口显得宽敞，结构式样比较美观，而且对于边、仰坡坡度不一致的洞口，设计时亦便于处理。

设计这种洞门是因为它适用、经济、美观。

第三节 洞门检算
一 、 基本计算数据
仰坡率：1:1 岩体内摩擦角：50φ=︒ 内轨面至路基面高： 280h =厘米 衬砌加宽值：0W =
岩土容重： 33
19.610/KN m γ=⨯
圬工计算容重：0
33
22.5410/KN m γ=⨯
基底容许压应力：3
[] 3.5/kg m σ=
基底摩擦系数：0.4f =
墙身仰角：0.15tg α=
查表得：0.152λ=端
0'
/3055/0.5988tg ωω= 0.085λ=翼
二、洞门尺寸的拟定
1.依据所选用洞口衬砌断面,按规范要求作洞门正面主要尺寸图 2．按工程类比初选洞门主墙厚b=1.1米，翼墙厚1米。

图2-3 洞门图（cm ）
三、翼墙稳定性和强度检算
翼墙计算条带为洞门端墙墙趾前之翼墙宽1米的条带，如图
图2-4翼墙、端墙侧面图(cm)
450
128
1:1
70
100
150
328
30
734
734i=0.04
i=0.04
1:1
315
770
350200
200
350
▽内轨顶面
i=0.02
i=0.02
80
线路中线
线路中线
162
162
1142100
100
450
1:
1
1:1.25
10:1
10:1
110
278100
200
隧道中线
10
50223038
60101:
1
50
1275
947
35315
770
80
110
25
4080
30200
11010:1.5
10:1.5
▽内轨顶面
(水沟未示）泄水孔10X151********
计算高度： 1.5
9.47[9.47] 1.00 6.5510
H m =-⨯
-=平均 1、翼墙墙身偏心距检算： （1）、墙背主动土压力：
232311
19.610 6.550.08535.741022
E H KN γγ==⨯⨯⨯⨯=⨯
（2）、倾覆力矩（对B 点）：
3311
6.5535.741078.031033
B M H E KN m ==⨯⨯⨯=⨯⋅平均
（3）、稳定力矩：
自重：
3330.40.5
6.55122.541021
0.322.5410[2.34.553.8
2
13.66(0.50.4)1]22.5410
2547.36N KN +∑=⨯⨯⨯-⨯
⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯= 稳定力矩：
33311
(0.5 6.55)550.4010(6.55
210
1
0.5) 3.0410451.941010
y M KN m =+⨯⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯=⨯⋅
（4）、偏心计算：
33
3
451.941078.0310*******.3610y B M M c m N -⨯-⨯=
==∑⨯
0.50.6830.1830.310.32
b
e c m =
-=-=<⨯= （合格） （5）、墙身应力计算：
3
33
36547.3610(1)11
0.0986(0.183)[1]547.3610 2.09853.6410[]()1148.3810
N M N e F W F b n σσ∑⨯=±=±=⨯
⨯⎛⎫⨯-±=⨯⨯ ⎪⎝⎭⎛⎫
⨯=< ⎪⨯⎝⎭
合格
四、端墙的检算
检查端墙最不利的II 部分：
1、尺寸及数据：
0.380.30.290.97a m =++=
0.5b m =（根据测量取轨面以上4.125m 处）
000.970.10 1.080.90.9
a h a h h m =+⇒=
== 012.75(1.10.8 4.125)0.5 6.225h H m +=-++-= 5.145H m =
'0.15200.59883055tg ωλω︒= = =端已知
则： 1.16
' 2.580.59880.15
a h m tg tg ωα=
==--
0' 1.5h h m -=
0' 6.225 2.58 3.645H h h m +-=-=
0'
332
1.08'(1)19.610
2.58(1)0.1520
' 2.58
4.4710/h h h h KN m σγλ=-
=⨯⨯⨯-⨯ =⨯ 33219.610 5.145.152015.3310/H
H
KN m σγλ==⨯⨯⨯=⨯端
2、主动土压力：
'033311
[]0.5
2211
[15.3310 5.145 4.4710 1.08]0.52242.0110/H h E H h KN m
σσ=+⨯ =⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯ =⨯
3、倾覆力矩：
0'1111
{['(-')]'3232H h M H H h H h h h σσ=⨯+++⨯倾
00'011
[(')(')](')}0.532h h h H h h h h σ--++-⨯-⨯ 3111
{ 5.14515.3310 5.145[ 2.58323
=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯+ 311
(5.145 1.08-2.58)] 4.4710 2.58[23
+⨯⨯⨯⨯-⨯
31
(2.58 1.08)(5.145 1.08 2.58)] 4.47102
-++-⨯⨯⨯
(2.58 1.08)}0.5⨯-⨯
33(67.631012.110)0.539.87KN m
=⨯+⨯⨯=⋅
4、稳定力矩：
0233
332(0.5 1.10.25)
[(0.4) 1.1
0.42
1
0.60.350.1]22.54100.5
2
[(4.145 1.080.4) 1.10.522.54101.350.40.522.54100.60.350.51
22.54100.1]0.522.54102
N H h +-=+-⨯⨯+
⨯-⨯⨯⨯⨯ =+-⨯⨯⨯⨯+ ⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯
⨯-⨯⨯⨯⨯3
377.5610KN
=⨯
3
3
1 1.5[1.1]72.2110210
1.5
[0.2] 3.0410101.5
10
1.5
10
M 33=+⨯⨯⨯ ++⨯⨯⨯ +[0.15+⨯] ⨯2.37⨯10 -⨯⨯0.06⨯10
=71.2稳（5.145+1.08-0.4）（5.145+1.08+0.45）（5.145+1.08+0.45）（5.145+1.08+0.45）3333310 3.6510 2.73100.061077.5810KN m
6⨯+⨯+⨯-⨯ =⨯⋅
五、 端墙与翼墙共同作用检算
1、尺寸计算
共同作用部分的宽度（见Ⅲ部分）
b =1.0+9.47⨯0.1=1.95m
H 0+ h 0 =12.75-0.8=11.95m
H 0=11.95-1.08=10.87m
H σ=γH 端λ=19.6³310³10.87³0.1520=32.38 KN/m 2
2、主动土压力
E =⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+0h 21H 21'h H σσ³1.95
=31132.3810.87 4.4710 1.0822⎡⎤
⨯⨯+⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦
³1.95
= 347.88KN/m
3、洞门端墙自重：
端N =
321
1.952
2.5410[(12.750.35) 1.1(0.25 1.10.5)2
1
0.850.60.350.1]
2
⨯⨯⨯-⨯-⨯+-⨯
+⨯-⨯ =592.71310⨯KN
翼墙自重：
3
11
{(7.050.1) 6.7(7.057.050.1)2210.50.4[(1.36 1.5)10.1375 1.36]220.322.5410N =⨯+⨯+⨯++⨯
+ ⨯+⨯+⨯-⨯ ⨯⨯⨯翼
=753.58310⨯KN
4、端墙和翼墙共同作用滑动稳定性检算
K c =
∑∑E
N
f
=0.4(592.71753.58)
347.88
⨯+=1.55﹥1.3 (合格)
第三章衬砌形式的选择及强度检算
第一节铁路隧道衬砌的形式及适用条件
一、隧道衬砌形式
隧道开挖以后，坑道周围地层原有的平衡遭到破坏，引起坑道的变形甚至崩塌。

因此，除了岩体完整而又不易分化的稳定岩层中，可以只开成毛洞以外，其他在所有的地层中的隧道，都需要修建支护结构，即衬砌。

支护的方式有：外部支护，即从外部支撑着坑道的围岩；内部支护，即对围岩进行加固以提高其稳定性；混合支护，即内部与外部支护同时采用的衬砌。

根据陈家院子的综合情况，其支护结构采用复合式衬砌，复合式衬砌是与喷锚支护和新奥法施工结合起来进行的。

在洞壁表面上先喷射一层混凝土，有时也同时施加锚杆，凝固以后形成一个薄层的柔性之后结构，允许它有限度地产生变形，以至少许的裂纹，把围岩因开挖坑道而引起的形变压力全部吸收或吸入了绝大部分，并把洞壁的位移逐渐地稳定下来，使外衬与围岩共同组成的初期支护体系处于暂时平衡状态。

1、外衬（亦称初次衬砌）——为了使围岩在开挖后的变形得以及早地受到约束，所以外衬多半是使用能达到早强的喷射混凝土和锚杆，使柔性的外衬既能容许围岩有所变形，而又约束它不让它的变形发展太大太快。

2、内衬（亦称二次衬砌）——从理论上讲，围岩的形变压力已为外衬所吸收，内衬基本上可以不再需要承受什么力，做内衬仅仅是为了洞内的整齐外观或是用以隔潮而已。

但实际上，外衬的变形并未完全停止，况且，影响外衬共同作用的因素很多，因而仍会有一部分力量，如围岩的残留变形，以及施工后围岩物理力学参数降低等，需由内衬承担。

所以，设计时，内衬仍应按受力结构来计算。

3、防水层——内外层衬砌之间的防水层可以用软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯片等防水卷材或用喷涂乳化沥青等防水剂。

在喷层表面有凸凹不平时，需事先以砂浆敷面，作成找平层，务使岩壁与防水层密贴。

防水层接缝处，一般用热气焊接或电敏电阻焊接，亦可用适当的溶剂作溶解焊接，用以保证防水的质量。

复合式衬砌是目前隧道工程常采用的衬砌形式。

其设计、施工工艺过程与其相应的衬砌及围岩受力状态均较合理，十分符合衬砌结构的力学变化过程，能按受力和变形的规律，按力学变化时间、变形发展状况，给予最适宜的工程措施；其质量可靠，能够达到较高的防水要求；也便于采用喷锚、钢支撑等工艺。

因此，它是比较合理的结构形式，其广阔的发展前途。

对于复合式衬砌，由于初期支护是限制围岩在施工期间的变形，达到围岩的暂时稳定，二次衬砌则是提供结构的安全储备或承受围岩压力，
因此，初期支护应按主要承载结构设计；二次支护在Ⅳ级围岩时按承载结构设计，并均应满足构造要求。

总之，复合式衬砌是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件。

二、隧道衬砌的构造要求
修建隧道衬砌的材料，应具有足够的强度和耐久性，在某些环境中，还必须具有抗冻、抗渗和抗侵蚀性。

此外，还应满足就地取材、降低造价、施工方便及易于机械化施工等要求。

常用的隧道衬砌材料有：混凝土与钢筋混凝土，隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于C15，当最冷月平均温度低于-15℃的地区及受冻害影响的隧道，宜采用整体式混凝土衬砌，混凝土强度等级应适当提高，洞门用混凝土整体灌筑，其强度等级不应低于C20。

为了节省水泥，在岩层较好地段的边墙衬砌可采用片石混凝土。

石料和混凝土预制块，用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。

喷射混凝土，其强度等级采用C20，所有的水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥，必要时可采用特种水泥。

锚杆，锚杆的杆体易用20MnSi，也可采用Q235钢筋，缝管式锚杆宜采用16MnSi钢管，亦可采用Q235钢管，锚杆直径宜为18～22mm。

对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝。

运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。

第二节隧道衬砌强度计算
一、概述
由于隧道结构是在地层中修筑的，因此其工程特性、设计原则及方法与地面结构有所不同。

在隧道工程初期，由于对其特性认识不充分，在设计方法上多数是沿用地面结构的设计方法。

理论和实践证实，这种设计方法与隧道的实际相差很大。

随着科学技术的发展和进步，人们对地下结构特性的认识，特别是对作为地下结构主体承载体——围岩的认识的提高，提出了许多地下结构的计算模式和方法以及评价地下结构承载能力的原则和方法。

在研究隧道工程所赋存的地质环境问题时曾经指出，隧道的结构体系是由围岩和支护结构共同组成的。

其中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但通常也是必不可少的。

在某些情况下，支护结构主要起承载作用。

这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点。

如果从围岩稳定性的角度来说明这个问题就比较容易理解。

二、常用的计算模型
从各国的地下结构设计实践看，目前在设计隧道的结构体系时，主要采用两类
计算模型：第一类模型是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载主要来源，同时考虑其对直支护结构的变形起约束作用；第二类模型则相反，是以围岩为承载主体，支护结构则约束和限制围岩向隧道内变形。

第一类模型又称为传统的结构力学模型，它将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。

第二类模型又称为现代的岩体力学模型，它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为围岩—结构模型或复合整体模型。

本隧道衬砌内力计算采用结构力学模型。

三、围岩压力计算
在本设计中采用的是统计法，它是我国《铁路隧道设计规范》所推荐的方法，现在我国《铁路隧道设计规范》中推荐的计算围岩竖向匀布松动压力的公式，就是根据357个铁路隧道的塌方资料统计分析而拟订的。

1
0.452s q h h w
γ-==⨯
式中的γ为围岩重度；s 为围岩级别；w 为宽度影响系数，计算公式为
1(5),1w i B B i B m =+-为坑道宽度，为每增减时的围岩压力增减率，当B 〈5m 时，取i=0.2,当B 〉5m,取i=0.1. 计算过程
Ⅳ级围岩的竖向松动土压力
410.452[10.1(10.685)] 5.7096h m -=⨯⨯+-=
23 5.7096131.32/q h KN m γ=⨯=⨯= 围岩水平均布压力
0.20.2131.3226.264/e q KN m =⨯=⨯=
四、隧道衬砌内力计算
1.初衬及二衬内力计算数据如下：
表3-1 衬砌内力输入数据
初期支护内力计算输出数据：
NO. N Q M
1 753.173 94.138 .166
2 750.250 -72.422 -21.644
3 744.958 -183.112 -12.609
4 740.739 -30.04
5 11.516
5 737.117 15.147 8.717
6 733.78
7 17.706 1.054
7 726.623 4.182 -.361
8 716.492 17.132 .788
9 705.621 28.946 .861
10 691.148 43.981 1.041
11 669.776 32.113 1.377
12 641.080 124.889 4.049
13 615.917 83.535 -.471
14 600.426 6.216 -6.127
15 594.649 -66.488 -8.789
16 600.426 -112.148 -6.127
17 615.917 -110.426 -.471
18 641.080 -20.414 4.049
19 669.776 -34.523 1.377
20 691.148 -21.404 1.041
21 705.621 -10.893 .861
22 716.492 -2.335 .788
23 726.623 -9.701 -.361
24 733.787 28.916 1.054
25 737.117 75.244 8.717
26 740.739 175.102 11.516
27 744.958 -47.557 -12.609
28 750.250 -112.988 -21.644
29 -753.173 20.695 -.166
二次衬砌内力计算输出数据：
NO. N Q M
1 790.534 -981.931 -2.226
2 775.407 -135.698 4.956
3 751.805 -196.391 -5.785
4 738.252 -49.062 .110
5 730.278 -23.225 9.562
6 724.089 48.936 7.765
7 714.149 49.445 7.388
8 700.801 210.752 9.454
9 684.987 315.624 7.446
10 664.977 436.709 3.444
11 636.547 290.047 24.272
12 601.829 643.117 -9.937
13 574.777 331.719 -19.026
14 559.065 9.652 -27.402
15 553.224 -268.934 -31.071
16 559.065 -555.912 -27.402
17 574.777 -784.884 -19.026
18 601.829 -239.169 -9.937
19 636.547 -329.142 24.272
20 664.977 -282.847 3.444
21 684.987 -148.374 7.446
22 700.801 -12.637 9.454
23 714.149 20.347 7.388
24 724.089 96.180 7.765
25 730.278 73.770 9.562
26 738.252 171.048 .110
27 751.805 135.011 -5.785
28 775.407 502.146 4.956
29 -790.534 -5.585 2.226 2、初期支护及二次衬砌的轴力、弯矩图如下所示。

图3-3 初期支护单元划分图
图3-4 初期支护轴力图（KN）
图3-4 初期支护弯矩图（K N²m）
图3-6 二次衬砌单元划分图
图3-7 二次衬砌轴力图（单位：KN）
图3-8 二次衬砌弯矩图（单位：kN²m）五、隧道衬砌强度检算
表3-2衬砌强度检算输入数据
经检算初期支护和二次衬砌均符合要求。

第四章施工组织设计
施工组织是施工企业管理的重要部分。

对于一座隧道的修建来说，其施工组织的
好坏对能否优质、按期完成任务起着决定性的作用。

隧道施工以前，要进行施工准备工作；在正式施工中，要组织洞内的协同工作；
与此同时，洞外工作也需要密切配合。

施工组织包括施工组织计划（设计）的编制及施工组织计划的实施这两方面。

施
工组织计划反映施工组织的事前设想，而施工组织计划的实施则包含：施工中的组织
指挥，解决施工出现的各种问题；施工统计与经济活动分析；根据情况变化及时对计
划进行合理调整，以及为了计划的实现，在施工中推行各种行之有效的制度和措施等。

第一节施工总原则
一、工程概况
陈家院子隧道全长1455m，主要穿越地层为碎石土、灰岩、页岩。

围岩级别Ⅳ。

隧道加宽W=0cm，出口设置在直线上，结合现场实际情况，决定采用从隧道出口往入
口单方向打下坡。

隧道采用喷锚作施工支护，薄型模筑衬砌。

在模筑衬砌的背后，纵
环向设置TR加劲型软式透水管盲沟。

隧道洞口段设置格栅架加强支护。

洞门进出口
均设置为1：1的耳墙式洞门。

全部模筑衬砌施工缝采用NPJ腻子型遇水膨胀止水条，
平均每8m设置一环。

二、施工原则
1、陈家院子隧道均按喷锚构筑法原则及全过程信息化组织施工、钻爆开挖、喷锚支护、模筑衬砌，施工顺序见图4-1。

图4-1 喷锚构筑法施工顺序
2、Ⅳ级围岩地段采用短台阶法或超短台阶法开挖施工。

3、对洞口段地表采用竖直锚杆结合地表网喷射混凝土进行加固。

对洞口段做到“短进尺、小循环、早喷锚、强支护、快封闭”确保洞口段施工安全。

4、土质及软弱破碎围岩隧道采用人工风镐开挖，尽量减少对围岩的扰动。

石质隧道均采用上台阶光面爆破，下台阶预烈爆破，严格控制超挖。

对软岩、破碎岩层，实施浅眼多循环、超前支护及强支护、早封闭的开挖原则。

5、隧道洞内按无轨运输组织施工。

6、挖、装、运、锚喷施工支护，衬砌等工序按配套完善，匹配合理原则组织机械化作业。

7、施工过程中遵循“弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌”的原则，确保隧道施工安全。

第二节主要工程项目的施工
一、主要工程项目施工方法
（一）控制测量
1、洞外控制测量
在洞外根据复测成果布设精测网点。

隧道外采用五等主、副精密导线控制。

导线各水平角及导线边采用尼康DTM-450ES全站仪进行观测，导线测角进行3个测回，导线边往返观测二个测回，要求精度1/10000以上。

2、洞内控制测量
洞内平面控制点利用洞外五等导线投3～4个基准点，洞内设主、副导线，形成角度闭合条件，洞内观测角采用J2级经纬仪，观测2个测回，导线边丈量采用DI2002光电测距仪，要求精度1/10000以上。

3.、程控制测量
采用五等高程控制测量，洞口设2～3个水准点。

（二）洞口工程
1、地表预加固
依据隧道洞口的工程地质现状和地面斜坡，进洞前需对洞口，洞顶地表进行预加固。

首先在仰、边坡刷坡顶外5～8m作双向截水沟，以拦截地表水，防止流水冲刷洞门造成危害。

对洞门四周地段采用横竖锚杆并结合地表网喷射混凝土进行加固。

即从隧道洞口段至埋深小于10m地段，横向5m范围内设置竖向锚杆加固地表。

锚杆长度为3～5m，呈梅花型布置，间距1.0³1.0m。